Цифровая патология и автоматизированный анализ изображений в цитологии

Цифровая патология преобразует стеклянные цитологические препараты в цифровые изображения высокого разрешения, которые можно просматривать, совместно использовать и анализировать на компьютере, в то время как автоматизированный анализ изображений применяет к этим изображениям количественные алгоритмы и алгоритмы машинного обучения. Вместе они поддерживают удаленный просмотр, сортировку рабочей нагрузки и компьютерное обнаружение аномальных клеток в цитологическом материале.

Definition

Цифровая патология и автоматизированный анализ изображений в цитологии включают оцифровку цитологических препаратов в изображения целых препаратов и применение вычислительных алгоритмов, включая машинное обучение, для помощи в их просмотре и количественной интерпретации.

Scope

Статья охватывает получение изображений целых препаратов применительно к цитологии, требования к валидации для диагностического использования и роль автоматизированного анализа изображений и анализа изображений с использованием глубокого обучения. Основное внимание уделяется методологии; статья не одобряет конкретное программное обеспечение и не заменяет экспертную оценку.

Core questions

• Какая валидация требуется, прежде чем получение изображений целых препаратов может быть использовано для первичной цитологической диагностики?
• Какие особенности цитологических препаратов делают оцифровку более сложной, чем гистологию?
• Как автоматизированный анализ изображений может помочь, а не заменить цитолога?

Key concepts

• Получение изображений целых препаратов (WSI)
• Z-стекирование и фокусировка по слоям клеток
• Валидация для диагностического использования
• Компьютерное обнаружение и скрининг
• Глубокое обучение и сверточные нейронные сети
• Удаленный и телецитологический просмотр

Mechanisms

Сканер препаратов захватывает цитологический препарат в виде цифрового изображения; поскольку цитологический материал часто распределен в трех измерениях, а не в одной плоскости ткани, для четкого отображения клеток может потребоваться несколько фокальных плоскостей (Z-стекирование), что увеличивает размер изображения и требования к сканированию по сравнению с гистологией. Полученные изображения целых препаратов могут быть просмотрены удаленно и служат входными данными для алгоритмов анализа изображений, включая глубокие нейронные сети, которые сегментируют клетки, количественно определяют признаки или помечают потенциально аномальные клетки для просмотра человеком. Диагностическое использование требует формальной валидации, сравнивающей цифровой просмотр с просмотром стеклянных препаратов.

Clinical relevance

Цифровая цитология поддерживает телецитологию, вторичные консультации, образование и компьютерный скрининг, при этом алгоритмы предназначены для помощи, а не для замены цитолога. Эта статья описывает методы и их валидацию; внедрение и интерпретация в данной лаборатории регулируются местными требованиями к валидации и нормативными актами и не являются индивидуальной клинической рекомендацией.

Evidence & guidelines

Колледж американских патологов выпустил руководство по валидации получения изображений целых препаратов для диагностических целей (Pantanowitz et al., 2013), специфическая актуальность и адаптация которого к цитопатологии были рассмотрены отдельно (Antonini et al., 2022). Достижения в области сканирования и вычислений, включая подходы глубокого обучения, которые ускоряют и анализируют изображения целых препаратов, продолжают расширять эту область (Rivenson et al., 2022).

History

Телепатология и статические цифровые изображения предшествовали разработке сканеров целых препаратов, что сделало практичным оцифровку целых препаратов. Внедрение в цитологии отставало от гистологии из-за трехмерного распределения клеток, но улучшенное Z-стекирование и развитие глубокого обучения привели к более широкому изучению и использованию цифровой цитологии и автоматизированного анализа.

Debates

Насколько полно получение изображений целых препаратов может поддерживать первичную цитологическую диагностику?

Трехмерное распределение клеток в цитологии и требования к фокусировке усложняют оцифровку, поэтому вопрос о том, применимо ли и как руководство по валидации, ориентированное на гистологию, к первичной цитологической диагностике, остается предметом активного обсуждения.

Seminal works

• pantanowitz-2013

Frequently asked questions

Почему оцифровка цитологических препаратов сложнее, чем оцифровка гистологических препаратов?

Цитологические клетки часто распределены по нескольким фокальным плоскостям, а не по одному срезу ткани, поэтому для четкого изображения может потребоваться захват нескольких фокальных слоев (Z-стекирование), что увеличивает время сканирования и размер файла.

Заменяет ли автоматизированный анализ изображений цитолога?

Текущие приложения предназначены для помощи путем пометки или количественной оценки результатов для просмотра человеком; цитолог сохраняет ответственность за интерпретацию, а диагностическое использование требует формальной валидации.